(57)【要約】【要  約】  【課  題】    経済的でかつ強度に優れた人工軽量骨材を製造する。【解決手段】  膨張性頁岩を粉砕したものに下水道汚泥の焼却灰、石炭灰を加えてなる原料と、結合剤および繊維とを混合して混練し、造粒、焼成する人工軽量骨材の製造方法において、粒径の粗い石炭灰を積極的に多く使用してコストを削減する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
膨張性頁岩を粉砕し篩分けして得られた微粉に焼却灰、石炭灰のうちの１種または２種を加えてなる原料と、結合剤とを混合して混練し、造粒、焼成する人工軽量骨材の製造方法において、
前記の膨張性頁岩を粉砕し篩分けして得られた微粉が原料中重量比で３０％以上であることを特徴とする人工軽量骨材の製造方法。
【請求項２】
膨張性頁岩を粉砕し篩分けして得られた微粉に焼却灰、石炭灰のうちの１種または２種を加えてなる原料と、結合材および繊維または繊維廃棄物を解繊した解繊繊維とを混合して混練し、造粒、焼成する人工軽量骨材の製造方法において、
前記の膨張性頁岩を粉砕し篩分けして得られた微粉が原料中重量比で３０％以上であることを特徴とする人工軽量骨材の製造方法。
【請求項３】
前記の石炭灰が平均粒径２０μｍ以上である請求項１または２に記載の人工軽量骨材の製造方法。 
【請求項４】
前記の造粒が押出し成形機によるものである請求項１ないし３のいずれかに記載の人工軽量骨材の製造方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業廃棄物を有効利用するとともに経済的でかつ強度に優れた人工軽量骨材を得ることのできる人工軽量骨材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、軽量コンクリートの骨材として、膨張性頁岩を焼成して発泡させたものが使用されている。例えば特許文献１には、従来の技術として、膨張性頁岩を粉砕、篩分けして得られた所定粒径のものを含有する原料を造粒し、焼成した後、篩分けを行う人工軽量骨材の製造方法が記載されている。従来の技術による人工軽量骨材の製造工程を図２に示す。原石をまず粗粉砕し、篩分けによって粒径20〜５ｍｍの粗精石、５〜３ｍｍの中精石、３ｍｍ以下の細精石が得られる。これらの粗精石、中精石、細精石をそれぞれ焼成して発泡させ、再度篩分けを行うことによって粗骨材、中骨材、細骨材が製造される。
【０００３】
このような人工軽量骨材は、JIS A 5002 に規定される構造用軽量コンクリート骨材に相当し、粗骨材、中骨材は砕石、砂利に代わるものとして、細骨材は天然砂に代わるものとして、例えば高層ビルの躯体コンクリート部分に使用してビルの重量を軽減することができる。
【０００４】
しかしこのような人工軽量骨材は、原料である頁岩が粘土質の水成岩のため壊れやすく、粉砕工程で粒度の細かいものが多く発生するため、粗粉砕、篩分け、焼成を経た段階で粒径５ｍｍを超えるものは原石に対しておよそ50％に留まり、５ｍｍ以下のものが20％、さらに粉砕、焼成の工程で発生する排気中のダストは20〜30％であり、原石に対する粒径５ｍｍ以下のものの割合を粉化率と定義すれば、粉化率は50％近くに達する。これに対して、人工軽量骨材の需要は粒径５ｍｍを超える粗骨材が主体であり、全使用量の90％以上を占めている。
【０００５】
こうした実情に鑑み、粗粉砕後の篩分け段階における中精石について再度粉砕して篩分けし、粒径５ｍｍ以下のものを細精石と合わせ、これにベントナイト等の結合剤を添加した後、混練し、造粒して得られた造粒物を焼成し、篩分けして粒径20〜５ｍｍの粗骨材を製造すること、すなわち利用実績の少ない中精石の一部と細精石を利用率の高い粗精石に再生させて原石の有効利用を図ることが、特許文献１に従来の技術として記載されている。この製造工程を図３に示す。
【０００６】
また特許文献１記載の発明では、造粒して焼成することによりサイズの大きい人工軽量骨材を製造する過程において、焼成前の造粒物の強度を向上させ、粉化を抑制して歩留りを向上させるため、膨張性頁岩を粉砕、篩分けしたものに、水分含有量を５％以下とした上で解繊（空気中で衝撃を加えて繊維をほぐすこと）した植物繊維やコーンスターチ等の結合剤を添加して混合後、造粒し、焼成する人工軽量骨材の製造方法が記載されている。この製造工程を図４に示す。
【０００７】
一方、特許文献２には、下水道汚泥の焼却灰と石炭灰を混合したものを原料とし、これを焼成する人工軽量骨材の製造方法が記載されているが、前記原料に重量比で３０％以下の膨張性頁岩を加えたものを原料としてもよいとしている。
【０００８】
さらに特許文献３には、石炭灰を主原料とする骨材原料に、繊維状物質を添加して造粒し、焼結して人工軽量骨材を製造することが記載されている。この発明は、造粒後焼結までの間の形状保持性を向上させ、圧壊強度の高い人工軽量骨材を提供することと併せて、石炭灰の有効利用を図るため、骨材原料として４０％重量以上の石炭灰を含有することが好ましいとしている。
【特許文献１】特開2002-167288号公報（第１−１３頁、図１−７）
【特許文献２】特開平11-35356号公報（第１−７頁）
【特許文献３】特開2001-294457号公報（第２、３頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に記載の人工軽量骨材の製造方法においては、焼成するまでの造粒物の強度保持のため、結合剤や植物繊維の添加が必要である。
【００１０】
特許文献２に記載の発明では下水道汚泥の焼却灰に石炭灰を大量に混入させて造粒物の強度を向上させることを意図しているが、本発明者の実験によれば、これらにさらに膨張性頁岩を加えてもこうした無機物のみでは十分な強度は得られない。
【００１１】
また特許文献３に記載の人工軽量骨材では、造粒時に添加する繊維状物質として紙、天然繊維、合成繊維、綿、ガラス繊維、ロックウール等を挙げているが、本発明ではこれら繊維状物質に加え、木材チップ等の繊維廃棄物を解繊したもの、さらに水分調整剤を加えて解繊した解繊繊維を使用するようにして一層の資源有効利用を図り、さらに使用する石炭灰の平均粒径を２０μｍ以上とすることによって、利用分野が少なく実質的に大量に廃棄処分されている粒度範囲の石炭灰の有効利用を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、膨張性頁岩を粉砕し篩分けして得られた微粉に焼却灰、石炭灰のうちの１種または２種を加えてなる原料と、結合剤とを混合して混練し、造粒、焼成する人工軽量骨材の製造方法において、前記の膨張性頁岩を粉砕し篩分けして得られた微粉が原料中重量比で３０％以上であることを特徴とする人工軽量骨材の製造方法であるか、あるいは、膨張性頁岩を粉砕し篩分けして得られた微粉に焼却灰、石炭灰のうちの１種または２種を加えてなる原料と、結合剤および繊維または繊維廃棄物を解繊した解繊繊維とを混合して混練し、造粒、焼成する人工軽量骨材の製造方法において、前記の膨張性頁岩を粉砕し篩分けして得られた微粉が原料中重量比で３０％以上であることを特徴とする人工軽量骨材の製造方法であり、
望ましくは前記の石炭灰が平均粒径２０μｍ以上であるか、あるいは前記の造粒が押出し成形機によるものである前記のいずれかの人工軽量骨材の製造方法である。 
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、使用する繊維を植物繊維をはじめ動物繊維、鉱物繊維、化学繊維にまで拡大し、ひろく繊維または繊維廃棄物の有効利用を図るとともに、これらの繊維を解繊する際に、無害な水分調整剤を加えるだけで脱水または乾燥の工程を不要とし、また従来廃棄処分されている石炭灰を有効利用して、膨張性頁岩や結合剤の割合を低減して強度に優れた人工軽量骨材を経済的に製造することができるという、すぐれた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の人工軽量骨材の製造方法は、頁岩原石を粉砕し篩分けして得られる粒径５〜３ｍｍの中精石をさらに微粉砕して得られる粒径７５μｍ以下のものを主体とする微粉や、産業廃棄物である下水道汚泥の焼却灰（以下単に「焼却灰」という）や石炭灰等の珪酸―アルミナ系物質を含有するものを原料とし、結合剤と、必要に応じて繊維または繊維廃棄物を解繊した解繊繊維や結合剤を添加して混練し、造粒、焼成することを特徴とする。解繊繊維は水分調整剤を加えて解繊したものでもよい。
【００１５】
膨張性頁岩は珪酸60〜75％、アルミナ10〜20％を主成分とし、軟化点以上に加熱されると温度の高い表面は軟化したガラス状の膜で覆われた袋状となり、内部で発生する結晶水などの分解ガスによって膨張し、軽量の粒子状となる。前記したように、頁岩は壊れやすいため粗粉砕、篩分け、焼成という通常の工程では骨材として不適当な粒度の細かいものが多く発生するので、これらを破砕段階における細かいものと合わせ、造粒、焼成してサイズの大きいものに再生する。頁岩微粉は粒度が細かいほど結合力があり造粒物の強度が大きいので好ましい。
【００１６】
下水道汚泥の焼却灰は、主成分がやはり珪酸、アルミナであり、頁岩の組成に近い。石炭灰も同様である。いずれも頁岩の一部あるいは全部に代替して人工軽量骨材の原料として使用することができるが、頁岩が最も成型性に優れるので、原料中に少なくとも重量比で３０％程度は必要である。石炭灰は粒度の細かいものはフライアッシュとしてコンクリート用混和材として利用されるが、ＪＩＳ  Ａ  ６２０１による分類で例えばIII種、IV種に相当する粒度の粗いものは利用分野がほとんどなく、廃棄物として扱われているのが現状であるが、本発明の場合粒度は特に問題にはならないので、こうした従来廃棄されていた粒度のもの、すなわち平均粒径20μｍ以上のものを積極的に使用することが望ましい。
【００１７】
繊維は、配合原料中の分散を均一化して造粒後の強度を向上させるので、従来から使用されている結合剤のコーンスターチやベントナイト等の有価物を一部代替するとともに頁岩の割合も低下させることができ、併せて製造コストを大幅に低減することができる。また造粒後の焼成時に繊維が分解、燃焼するので、軽量な骨材が得られる。繊維の燃焼ガスはほとんど無害であり、環境汚染のおそれがない。
【００１８】
使用する繊維または繊維廃棄物としては、植物性のものとして製紙工場の脱水汚泥や段ボール工場の脱水汚泥等の廃棄物、新聞紙、段ボール屑などの古紙、石膏ボードの裏紙、砕木パルプ、木チップ等の木屑を解繊したものがあり、他にウール布地等の動物繊維、またロックウール等の鉱物繊維、化学繊維等がある。
【００１９】
解繊する際に、そのままホッパに投入して水切りをしても水分が高く、フィーダによる切り出しやコンベヤによる搬送ができない場合、本来脱水または乾燥の工程が必要であるが、水分含有量60％程度の繊維または繊維廃棄物でもほぼ同量の乾燥した水分調整剤を加えてから解繊するようにすれば性状はさらさらとなり、搬送が容易となるので、脱水や乾燥等の別工程は不要となる。
【００２０】
解繊の際の水分調整剤としては乾燥した粉末、例えば石炭灰、下水処理において発生する下水道汚泥を焼却炉で焼却して残った焼却灰などの産業廃棄物が使用できる。人工軽量骨材の製造工程で発生した粉状の頁岩も水分調整剤として使用可能である。繊維または繊維廃棄物の過剰な水分を吸収して解繊を容易にしてくれるものであれば、骨材として使用する際コンクリート強度ならびに環境に対して無害なものである限り、特にその種類を限定しない。
【実施例】
【００２１】
本発明の実施例の人工軽量骨材の製造方法を図１により説明する。原料として膨張性頁岩を粉砕し篩分けして得られたもの、あるいは焼却灰、石炭灰等を適宜選択して使用する。膨張性頁岩の場合、原石である膨張性頁岩を粗粉砕し、篩分けによって粗精石（粒径20〜５ｍｍ）、中精石（５〜３ｍｍ）、細精石（３ｍｍ以下）を得る。粗精石は別途焼成して再度篩分けし、そのまま粗骨材として使用することができる。中精石は再度粉砕し、篩分けした微粉を前記の細精石に加え、これら粒径７５μｍのものを主体とする原料に解繊繊維を加えて混合し、必要に応じて工業用水を加えて混練し、混練物を造粒機に送って造粒する。とくに造粒機として押出し成形機を使用すると、緻密で強度の高い造粒物が得られる。造粒物をロータリーキルンなどの焼成装置において焼成すれば粒径20〜５ｍｍの粗骨材が得られる。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
原料として膨張性頁岩を粉砕し篩分けした微粉、および焼却灰、石炭灰を使用し、結合剤としてベントナイトを添加して混合、混練し、造粒、焼成して得られた人工軽量粗骨材の性状を表１に示す。頁岩微粉は粒径75μｍ以下が重量比で60％以上である。
【００２４】
まず、頁岩微粉を重量比、すなわち乾量換算質量部で90％、焼却灰10％で石炭灰や結合剤は使用しない従来例のものを、目標の基準とする。６ｍの高さから落下させた「割れ発生率」は20.0％、焼成品密度は1.29である。
【００２５】
つぎに頁岩微粉の割合を40、30、20、0と減少させながら焼却灰と石炭灰の割合を増加させ、また各配合のそれぞれについてベントナイトの割合を0％、5％、10％の３レベルに変えて製造実験を行い、得られた粗骨材の性状を検査した。
【００２６】
結果は表1の判定欄に示したように、「×」と判定した各例では割れ発生率が高過ぎて実用的でない。「△」と判定した各例では割れ発生率においては従来例と同等かあるいは従来例よりも良好ではあるが、有価物であるベントナイトを多量に添加しており、経済性を考慮すれば問題がある。したがって「〇」と判定した番号３、６の２例は割れ発生率が従来例並みで、かつベントナイトは5％にとどまっており、最適実施例である。すなわち、経済性までを加味すれば、ベントナイトは5％にとどめることが好ましく、これを条件に加えれば頁岩微粉は重量比で３０％以上必要となる。
【００２７】
【表２】
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【００２８】
つぎに原料として膨張性頁岩を粉砕し篩分けした微粉、および焼却灰、石炭灰を使用し、結合剤としてベントナイトおよびこれに代わるものとして繊維を添加して混合、混練し、造粒、焼成して得られた人工軽量粗骨材の性状を表２に示す。頁岩微粉は粒径75μｍ以下が重量比で60％以上である。また繊維は前記したように各種繊維、あるいは解繊した繊維である。
【００２９】
まず、頁岩微粉を重量比、すなわち乾量換算質量部で90％、焼却灰10％で石炭灰や結合剤、繊維は使用しない従来例のものを、目標の基準とする。造粒後焼成前の強度を見るため、判定の指標として、今回は割れ発生率に代えて粉化率を使用する。粉化率は、直径10ｍｍの成形品を５分間乾燥した後、５分間回転落下させた場合の５ｍｍアンダーの重量比（％）で、上記の従来例では0％である。
【００３０】
つぎに頁岩微粉の割合を20〜50％と変化させながら焼却灰、石炭灰、ベントナイト、繊維の割合を変えて造粒し、粉化率を測定した。
【００３１】
表２の右端判定欄に示したように、「×」と判定した各例では粉化率が高過ぎて実用的でない。許容粉化率を5％とすれば「〇、△」と判定した各例が一応実施可能であるが、「△」についてはやはりベントナイトが多いため、経済性を考慮すればあまり好ましくない。したがって繊維を加えた場合はも頁岩微粉は30％以上必要である。
【００３２】
頁岩微粉が50％で、かつ繊維を加えた場合は粉化率は0〜2％であり、したがって番号9、10、11、12の各例は最適実施例であるといえる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の人工軽量骨材の製造方法の実施例を示す工程図である。
【図２】従来の技術における人工軽量骨材の製造方法の一例を示す工程図である。
【図３】従来の技術における人工軽量骨材の製造方法の一例を示す工程図である。
【図４】従来の技術における人工軽量骨材の製造方法の一例を示す工程図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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